JP4846519B2 - 窒化物含有ターゲット材 - Google Patents
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Description
更に、窒化物含有ターゲット材において、Alの窒化物とAlとの含有量の比(Alの窒化物)/(Al)をQとしたとき、0.3≦Q≦2、であることが好ましい。
特に、AIP法で使用するターゲットが低融点のAlを含む場合、Alがバインダーとして他の構成元素であるM成分元素の周りを取り囲み、その界面では有化合物を形成する。この化合物は、AlM系の金属間化合物となる。M成分元素が2種以上の元素で構成される場合は、この化合物は、AlMy1My2系の化合物(但し、y1≠y2)を形成する。また、AIP法では、使用するターゲットが低融点のAlを含む場合、特にAl単独相の部分にアーク放電が集中する傾向がある。その結果として、硬質皮膜表面にドロップレットが多く含まれ、表面粗度の悪化や組成の不均一が発生する。巨大なドロップレットを含有した硬質皮膜は、ドロップレット部がマクロ的な欠陥となり、硬度、耐熱性また耐欠損性が低下する欠点がある。
またドロップレットを低減した皮膜は、結晶の成長が分断されないため、高密度の皮膜を形成し、機械的強度が優れる。ターゲット内では、Alの窒化物相の周囲に窒化物含有相が存在することが好ましい。更に、ターゲット中に含まれるAlの窒化物は、M成分に拡散することで、ターゲット自身の機械的強度を高める働きがある。
本願発明の窒化物含有ターゲット材は、Q値が0.3≦Q≦2、であることが好ましい。上記の範囲に設定することによってターゲット材の機械的強度を維持しつつ、アークスポットの移動速度を速める効果を得ることが出来る。Q値が2を超えて大きい場合には、ターゲットの組織の分散状態が悪くなり、高品質な皮膜が得られない。0.3未満の場合は、ターゲット材の機械的強度の改善効果を得難いためである。
本願発明のターゲットを使用した場合、得られる硬質皮膜の硬度、密度、靭性等の機械的強度が高まるため、耐欠損性、耐摩耗性が要求される用途への被覆に用いることが効果的である。6μmを超えるような厚膜を形成させる際に使用すれば、ドロップレットの少ない、高密度な硬質皮膜の形成が可能となる。更に、ドリル、エンドミルまたは微小部品のように、使用したい部分にドロップレットの付着が好まれない用途に好適である。以下、本願発明を実施例に基づいて説明する。
粉末冶金法にて、AIP用ターゲット材を作製した。作製にあたっては、硬質皮膜を作製したときに、耐摩耗、耐熱特性が優れた硬質皮膜を得るために、Alと4a、5a、6a族金属、Si、B、Sから選択される1種以上の原料粉末とAlの窒化物とを、密閉容器としてボールミルを用いて、Ar雰囲気にて4時間混合した。Sを含有させる場合は、S単独の粉末を取り扱うことは難しいので、硫化物を使用した。粉末の混合性を考慮し、組成の偏りや、機械的強度の低下を回避する為、99.999%以上のAl2O3ボールを使用した。混合した粉末をグラファイト製の金型に所定量装入し、ホットプレス機を用いて焼結を行った。焼結時にAlが溶解するのを回避するため、焼結温度は、450〜550℃に設定した。また、減圧下での焼結では、焼結装置内に残留する微量酸素によるターゲット中への酸素取り込みの影響を避けるために、Arまたは、N雰囲気での焼結を行った。プレス荷重は50MPa〜200MPaの範囲に設定した。焼結時間は、1〜3時間の間で行った。焼結後完成したターゲット材は、抗折力試験片とAIP装置に適した形状に加工を行った。
表1に参考例1、本発明例2〜4、参考例5、6、本発明例7〜9、参考例10、11、本発明例12〜14、参考例15及び従来例16〜19のターゲット組成および抗折力、並びに得られた皮膜のマイクロパーティクル量および切削寿命を示す。
Alの窒化物を含有させた本発明例2〜4、本発明例7〜9、本発明例12〜14は、従来例16〜19に対して抗折強度が高く、480MPa以上の抗折強度を有した。本発明例中で最も高い抗折強度を示した本発明例4は、従来例16に対し、1.5倍の値であった。本発明例9も、従来例17に参考して、1.4倍以上の値であった。これは、ターゲット中に含有されるAlの窒化物がM成分と隣接する部分で拡散が生じ、ターゲットを構成する元素の接合強度が高まったためと考えられる。本発明例2〜4、本発明例7〜9、本発明例12〜14のターゲットにおいて、特に、Alの窒化物の含有量が5.0%以上、30.0%以下の範囲内にあるものは、高い抗折力を示した。
実施例1で作製したターゲット材を使用して被覆したミーリング用インサートを、以下の条件で切削評価を行い、硬質皮膜の耐摩耗性の優劣を確認した。評価方法は、切削長さ1m時に発生する硬質皮膜の剥離や破壊の有無を、光学顕微鏡を用いて切刃逃げ面部を50倍に拡大して観察し、摩耗幅を測定した後、更に切削を継続し、10μm以上の微小チッピンク゛を含む欠損が発生した時点を工具寿命とし、その時点までの切削加工距離(m)を参考することによって性能を評価した。
(切削諸元)
工具:特殊正面フライス
インサート形状:SDE53タイプ特殊形状
切削方法:センターカット方式
被削材形状:幅125mm×長さ300mm
被削材:プレス金型用鋼SKD11、HRC29
軸方向切込み量:1.0mm
切削速度:130m/min
1刃あたりの送り量:0.5mm/刃
切削油:なし
表1に示したように、ターゲット中のAl含有量は、皮膜表面のドロップレット数量と工具寿命に影響を及ぼした。本発明例2〜4の工具寿命は、夫々、19m、25m、35mであり、従来例16では16mであった。硬質皮膜を構成する元素は同じであるものの、その硬質皮膜の被覆に使用するターゲットの形態が異なることによって、工具寿命は大きく変化した。特に、Alの窒化物の含有量が5%以上、30%以下の範囲内にあるものは、切削寿命が長かった。最も工具寿命が優れる本発明例4では、従来例16の工具寿命に参考して、2倍優れた。切削距離1m時の刃先の損傷状態を確認した結果、本発明例2〜4の逃げ面最大摩耗幅は、それぞれ、0.074mm、0.061mm、0.056mmであったのに対し、従来例16は、0.130mmであった。何れの試料とも剥離は認められず、正常摩耗をしており、最終的には、逃げ面最大摩耗幅が0.500mmを越えたところで欠損した。これらの傾向は、本発明例7〜9のCrAlターゲットにAlNを含有させた場合、本発明例12〜14のAl、Cr、Si、B、S系のターゲットにAlNを含有させた場合も同様であった。以上の結果は、ドロップレットが少なくなることにより、得られた硬質皮膜の硬度、密度、靭性等の機械的強度が高まり、その結果、優れた工具寿命を示したためと考えられる。
Claims (2)
- AlとM成分、但し、M成分は4a、5a、6a族金属、Si、B、Sから選択される1種以上の元素を有するアークイオンプレーティング用のターゲット材において、該ターゲット材は、AlとM成分及びAlの窒化物を有し、該Alの窒化物の含有量はモル%で、5%以上、30%以下であることを特徴とする窒化物含有ターゲット材。
- 請求項1記載の窒化物含有ターゲット材において、該Alの窒化物と該Alとの含有量の比(Alの窒化物)/(Al)をQとしたとき、0.3≦Q≦2、であることを特徴とする窒化物含有ターゲット材。
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